高阶非线性对 Josephson 参量放大器中放大与压缩效应的影响

基于 Josephson 结的单模参量放大器通常被建模为理想的放大器和压缩器。我们表明，在实际中，这些器件的增益、量子效率和输出场压缩受限于通常被忽略的、对理想化模型的高阶修正。为得出此结果，我们推导了三种常见泵浦方案下集总元件 Josephson 参量放大器的主导修正：单色电流泵浦、双色电流泵浦和单色磁通泵浦。我们表明，后两种方案的主导修正是单个 Kerr 型四次项，而第一种方案包含额外的三次项。在所有情况中，我们发现这些修正对压缩效应是有害的。此外，我们表明 Kerr 修正会导致相位敏感测量的量子效率产生强烈的相位依赖性降低。最后，我们通过数值计算三阶和四阶累积量，量化了滤波输出场偏离理想高斯特性的程度。我们的结果表明，虽然理想的 Josephson 参量放大器预期具有高斯输出场，但高阶修正会导致非高斯效应，且该效应随增益和非线性强度的增加而增大。这一理论研究得到了磁通驱动 Josephson 参量放大器输出场实验表征的补充。除了测量滤波输出场的压缩电平外，还利用反卷积技术对输出场的 Husimi Q 函数进行了成像，并与数值结果进行了比较。这项工作确立了标准简并参量放大器模型的非线性修正是对 Josephson 参量放大器压缩与噪声性能的重要贡献。